翻訳制御

翻訳制御とは、 mRNAから合成されるタンパク質のレベルの制御を指します。この制御は、ストレス因子、成長シグナル、そして分化に対する細胞応答にとって非常に重要です。転写制御と比較して、翻訳制御はタンパク質濃度の直接的な制御を通じて、より迅速な細胞調整をもたらします。対応するメカニズムは、主に開始コドンへのリボソームリクルートの制御を対象としていますが、ペプチド伸長、タンパク質合成の終結、あるいはリボソーム生合成の調節も関与することがあります。これらの一般的な概念は広く保存されていますが、この種の制御におけるより詳細な部分の一部は、原核生物と真核生物の間で異なることが証明されています。

原核生物では

入会

翻訳の開始は、リボソームがシャイン・ダルガルノ配列にアクセスできるかどうかによって制御される。この4～9個のプリン残基からなる配列は開始コドンの上流に位置し、細菌の30Sリボソームサブユニット内の16S RNAの3'末端付近のピリミジンに富む配列とハイブリダイズする。[ 1 ]この特定の配列の多型は、塩基対形成とそれに続くタンパク質発現の効率にプラスにもマイナスにも作用する。[ 2 ]開始は開始因子と呼ばれるタンパク質によっても制御され、これは開始コドンと3'-UAC-5'アンチコドンを供給するtRNA fMetとの結合を速度論的に補助する。IF1はまず30Sサブユニットに結合し、構造変化を引き起こし[ 3 ]、 IF2とIF3がさらに結合できるようにする。[ 4 ] IF2はtRNA fMetが正しい位置に留まるようにし、IF3は開始コドンの塩基対形成を校正してAUUやAUCなどの非標準的なコドンでの開始を防ぐ。[ 5 ]通常、これらの開始因子はリボソームと等量で発現するが、低温ショック条件を用いた実験では、これらの翻訳機構の間に化学量論的な不均衡が生じることが示された。この場合、開始因子の発現が2～3倍に増加すると、特定の低温ショックmRNAの翻訳に対する好感度が上昇する。[ 6 ]

伸長

翻訳伸長は不可逆的なプロセスであるため、その制御機構はほとんど知られていない。しかしながら、ポリペプチドの伸長に必要なtRNAプールの減少によって翻訳効率が低下することが示されている。実際、これらのtRNAプールの豊富さは、細胞への酸素供給によって変化する。[ 7 ]

終了

翻訳の終結には、解離因子タンパク質、mRNA配列、そしてリボソーム間の協調が必要である。終結コドンが読み取られると、解離因子RF-1、RF-2、RF-3が伸長中のポリペプチドの加水分解に寄与し、鎖を終結させる。終止コドンの下流の塩基は、これらの解離因子の活性に影響を与える。実際、終止コドン近傍の塩基の中には、解離因子の酵素活性を低下させることで翻訳終結の効率を抑制するものもある。例えば、UAAU終止コドンの終結効率は80%近くに達するのに対し、UGACを終結シグナルとして用いる場合の効率はわずか7%である。[ 8 ]

真核生物では

入会

真核生物と原核生物における翻訳開始を比較すると、おそらく最初に目に見える違いの一つは、より大きな80Sリボソームの使用であろう。このプロセスの調節は、AUGと塩基対を形成するtRNAアンチコドンによるメチオニンの供給から始まる。この塩基対形成は、小さな40SリボソームサブユニットがmRNAの5'非翻訳領域（UTR）に結合すると起こるスキャン機構によって起こる。原核生物で参照されたシャイン・ダルガルノ配列とは対照的に、このスキャン機構の使用は、上流のRNA二次構造を介して翻訳を調節する能力である。複雑なRNA構造を介したこの開始阻害は、開始前複合体（PIC）を開始部位に局在させる内部リボソーム進入部位（IRES）を介して、場合によっては回避される可能性がある。[ 9 ]これに加えて、PICの5' UTRへの誘導は、真核生物翻訳開始因子（eIF）として知られるPICのサブユニットによって調整されている。これらのタンパク質の一部がストレスによってダウンレギュレーションされると、キャップ依存性翻訳開始（5' 7-メチルグアニル酸キャップにeIF4Eが結合して翻訳が活性化する）が阻害され、翻訳開始が減少する。eIF2は、Met-tRNA i MetとリボソームのP部位との相互作用を調整する役割を担っている。eIF2のリン酸化による制御は、主に翻訳開始の終結と関係している。[ 10 ]セリンキナーゼ、GCN2、PERK、PKR、およびHRIは、eIF2のリン酸化を介して翻訳を遅らせることで応答する、さまざまな細胞ストレスの検出メカニズムの例である。

伸長

真核生物における伸長と原核生物の決定的な違いは、転写との分離である。原核生物は両方の細胞プロセスを同時に進行させることができるが、真核生物では核膜によって空間的に分離されているため、この結合は阻害される。真核生物伸長因子2（eEF2）は、調節可能なGTP依存性トランスロカーゼであり、新生ポリペプチド鎖をリボソームのA部位からP部位へ移動させる。スレオニン56のリン酸化は、eEF2のリボソームへの結合を阻害する。[ 11 ]無酸素状態などの細胞ストレス因子は、この生化学的相互作用を介して翻訳阻害を引き起こすことが証明されている。[ 12 ]

終了

真核生物の翻訳終結は、その機構において原核生物のそれと一致している。この場合、ポリペプチド鎖の終結は、解離因子であるeRF1とeRF3からなるヘテロ二量体の加水分解作用によって達成される。非コードtRNAが終止コドンに結合するために解離因子と競合することがあるため、翻訳終結は場合によっては漏洩性であると言われている。これは、終止コドン内の3塩基のうち2塩基がtRNAによって一致し、解離因子の塩基対合を時折打ち負かす可能性があるためである。[ 13 ]終結レベルでの制御の一例として、乳酸脱水素酵素遺伝子LDHBの機能的な翻訳リードスルーが挙げられる。このリードスルーは、LDHBxをペルオキシソームに局在させるペルオキシソーム標的化シグナルを提供する。[ 14 ]

植物では

植物における翻訳は動物と同様に厳密に制御されているが、転写制御ほど十分に理解されているわけではない。翻訳開始、mRNAのターンオーバー、リボソームへのローディングなど、複数の制御レベルが存在する。最近の研究では、翻訳も概日時計の制御下にあることが示唆されている。転写と同様に、多くのmRNAの翻訳状態は日周周期（昼夜周期）に応じて変化する。[ 15 ]

参考文献

  1. ^ネルソン, デイビッド・L.; コックス, マイケル・M. (2008).レーニガー: 生化学の原理（第5版）. WHフリーマン・アンド・カンパニー. p. 243. ISBN 978-0716771081。
  2. ^ Johnson G (1991). 「ファージ21ターミナーゼの小サブユニットgp1によるファージラムダの発育阻害」. Journal of Bacteriology . 173 (9): 2733–2738. PMC 207852. PMID 1826903.
  3. ^ Carter, AP; Clemons, WM; Brodersen, DE; Morgan-Warren, RJ; Hartsch, T.; Wimberly, BT; Ramakrishnan, V. 30≪Em≫S≪/Em≫リボソームサブユニットに結合した開始因子の結晶構造。Science 2001 ,   291 , 498–501, doi : 10.1126/science.1057766
  4. ^ Milón P, Maracci C, Filonava L, Gualerzi CO, Rodnina MV. 細菌30S翻訳開始複合体のリアルタイムアセンブリランドスケープ. Nat Struct Mol Biol. 2012;19:609–615.
  5. ^ Hartz D, McPheeters DS, Gold L.大腸菌の開始因子によるイニシエーターtRNAの選択. Genes Dev. 1989;3:1899–1912. doi : 10.1101/gad.3.12a.1899
  6. ^ Giuliodori AM, Brandi A., Gualerzi CO, Pon CL, 2004. 寒冷適応におけるコールドショックmRNAの優先翻訳. RNA 10(2): 265–276. doi : 10.1261/rna.5164904
  7. ^ Taylor, RC, Webb Robertson, B.-JM, Markille, LM, Serres, MH, Linggi, BE, Aldrich, JT, … Wiley, S. (2013). 細菌の環境応答における翻訳効率の変化は主要な制御機構である. Integrative Biology : Quantitative Biosciences from Nano to Macro , 5 (11), 1393–1406. doi : 10.1039/c3ib40120k
  8. ^ Poole, ES, Brown, CM, & Tate, WP (1995). 終止コドンに続く塩基の特定が大腸菌における生体内翻訳終結の効率を決定する. The EMBO Journal , 14 (1), 151–158.
  9. ^ López-Lastra, M; Rivas, A; Barría, MI (2005). 「真核生物におけるタンパク質合成：キャップ非依存性翻訳開始の生物学的意義の高まり」.生物学研究. 38 (2–3): 121–46. doi : 10.4067/s0716-97602005000200003 PMID 16238092.
  10. ^ Kimball SR 真核生物の開始因子eIF2. Int. J. Biochem. Cell Biol. 1999;31:25–29.
  11. ^ Ovchinnikov LP, Motuz LP, Natapov PG, Averbuch LJ, Wettenhall RE, Szyszka R, Kramer G, Hardesty B. 1990. 伸長因子2の3つのリン酸化部位. FEBS Lett. 275: 209– 212
  12. ^ Horman S, Browne G, Krause U, Patel J, Vertommen D, Bertrand L, Lavoinne A, Hue L, Proud C, Rider M. 2002. AMP活性化プロテインキナーゼの活性化は伸長因子2のリン酸化とタンパク質合成の阻害を引き起こす. Curr. Biol. 12: 1419– 1423
  13. ^ Dabrowski M, Bukowy-Bieryllo Z, Zietkiewicz E. 真核生物における天然終結コドンの翻訳リードスルーポテンシャル - RNA配列の影響. RNA Biol. 2015;12:950–8.
  14. ^ Schueren F, Lingner T, George R, Hofhuis J, Gartner J, Thoms S (2014). 「哺乳類においてペルオキシソーム乳酸脱水素酵素は翻訳リードスルーによって生成される」 eLife . 3 : e03640. doi : 10.7554/eLife.03640
  15. ^ Missra, Anamika; Ernest, Ben; Lohoff, Tim; Jia, Qidong; Satterlee, James; Ke, Kenneth; Arnim, Albrecht G. von. 「概日時計はmRNAリボソームローディングの全体的な日周期を調節する」. The Plant Cell . 27 (9): 2582–2599. doi : 10.1105/tpc.15.00546 PMC 4815098. PMID 26392078.
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